Алессандро Вольта (1745-1827)
Весть об электрофоре принесла его изобретателю заслуженную славу. Это отразилось и на его положении в школе: к идеям молодого энергичного регента, старавшегося улучшать и преподавание, и научную работу, стали прислушиваться, и 1 ноября 1775 Вольта был назначен штатным профессором (учителем) школы.
Наблюдательность и изобретательность Вольта вскоре проявились ещё раз. Плавая по озеру на лодке, он установил, что газ, поднимающийся со дна от шеста, прекрасно горит. Вскоре Вольта уже демонстрировал не только газовые горелки, но и пистолеты, в которых вместо пороха взрывался газ метан, поджигаемый электрической искрой. В 1776 г. молодой ученый изобрел газовый пистолет - “пистолет Вольты”.
Замечательно, что тогда же он первым выдвинул идею о линии сигнальной электропередачи на расстояние по проводам Павия - Милан. На основе электрофорной машины в 1777 г. Вольта предложил систему электрического телеграфа.
Понимая настоятельную необходимость научного общения, Вольта добился поездки в Швейцарию, где ему удалось посетить Вольтера. Ещё одним важным знаком признания заслуг Вольта явилось его назначение в ноябре 1778 профессором экспериментальной физики университета в Павии и избрание его членом Лондонского Королевского общества. Приятной новостью было также увеличение зарплаты.
В 1781 г. создаёт электроскоп с расходящимися соломинками, более чувствительный, чем прежние - с подвешенными на нитях пробковыми или бузиновыми шариками.
В 1782 г. он сконструировал конденсаторный электроскоп, прикрепив к головке электроскопа плоский конденсатор. Изменяя расстояние между пластинами конденсатора, ученый пришел к пониманию взаимосвязи между емкостью (С), потенциалом (V) и зарядом (Q), которая в современной записи выражается формулой V=Q/C.
4. Признанный учёный
Вольта идет четвёртый десяток лет, он признанный учёный. Его электрофором пользуются во многих лабораториях. Быстро разносится и известие об изобретённом им электрометре с конденсатором - чувствительнейшем приборе. В 1782 Вольта на стажировке в Парижской академии наук, и вскоре он избирается её членом-корреспондентом. Знакомства с ним ищут в Австрии, в Пруссии и даже в далекой России. В 1785 году его избирают членом-корреспондентом академии наук и литературы в Падуе, а вскоре (на 1785-1786 учебный год) - ректором университета в Павии, с 1791 Вольта - член Лондонского Королевского общества.
Но не эти успехи и почести стали главными в жизни Вольта в этот период, а дискуссия между ним и Луиджи Гальвани.
5. «Животное электричество» и «Вольтов столб»
В 1791 в Болонье вышло в свет сочинение профессора анатомии Луиджи Гальвани, в котором автор поведал об удивительных результатах 11-летних экспериментальных исследований. Всё началось с того, писал Гальвани, что, препарировав лягушку, « .я положил её без особой цели на стол, где стояла электрическая машина. Когда один из моих слушателей слегка коснулся нерва концом ножа, лапка содрогнулась как бы от сильной конвульсии. Другой из присутствовавших заметил, что это случалось только в то время, когда из кондуктора машины извлекалась искра». Впоследствии было замечено, что сокращение лапок наблюдается во время гроз и даже просто при приближении грозового облака.
Поражённый этими явлениями, Гальвани пришёл к выводу о существовании особого рода «животного электричества», подобного тому, что уже было известно у электрических рыб, например, у скатов. Не всем опытам Гальвани мог дать объяснение. Так, оставалось непонятным, почему лапки препарированных лягушек по-разному сокращались в зависимости от того, дужкой из какого металла соединяли их позвоночники с нервами на лапке (наибольший эффект получался, если эта дужка была составлена из кусочков различных металлов). В следствии чего Гальвани пишет трактат “О силах электрических при мышечном движении”. Согласно его теории, мышца и нерв лягушки представляют собой как бы лейденскую банку, где нерв служит выводом. При замыкании нерва и мышцы происходит разряд, который заставляет сокращаться мышцу.
Но интерес всё это вызывало тем больший, что электричество вообще «вошло в моду» и даже начало признаваться целебным.
Естественно, что Вольта, заинтересовавшись опытами Гальвани, проверил их, но пришёл к принципиально новым выводам. Сначала Вольта повторил опыты Гальвани, а затем решил проверить, как будут себя вести мускулы лягушки, если через них пропустить не («животное электричество»), а электричество, полученное каким-либо из известных способов. При этом он обнаружил, что мускулы лягушки так же сокращались, как и в опыте Гальвани.
Вольта понял, что ни о каком «животном электричестве» говорить не приходится, и что лапки лягушек (как и многие другие ткани животных) выступали лишь в роли чувствительных электрометров. Он доказал на опыте, что электризация происходит при соприкосновении различных веществ, в том числе, и металлов. Конечно, во времена Вольта ещё почти ничего не было известно о строении веществ, в частности, металлов. Это сегодня физики уже знают, что есть такая величина — работа выхода, т. е. та энергия, которую необходимо сообщить электрону, чтобы вырвать его из вещества. Для цинка, например, эта работа выхода меньше, чем для меди, и поэтому при соприкосновении цинковой и медной пластинок некоторому количеству электронов «энергетически выгодно» переходить из цинка в медь, отчего первая заряжается положительно, а вторая отрицательно.
рис.3
Рис. 4. Виды гальванических элементов, изображенных Вольтой в письме к Бэнксу: вверху - чашечная батарея, внизу - варианты "вольтовых столбов".
Вольта всего этого знать не мог, но проницательность и умение понимать язык природы позволили ему почти на два столетия опередить своё время и даже указать, как нужно расположить металлы в ряд, построенный таким образом, чтобы наибольший эффект соответствовал металлам, более удалённым друг от друга. Серия уникальных экспериментов по измерению контактной разности потенциалов (КРП) завершилась составлением известного “ряда Вольты”, где металлы располагаются в определенной последовательности. Силу, возникающую при контакте двух металлов, Вольта назвал “электровозбудительной” или “электродвижущей”.